Practica No. 4

Coeficientes Aerodinmicos de un perfil

Nombre: Reyes Guzmn Ivn

Objetivo:Obtener experimentalmente los coeficientes de resistencia al avance y de levantamiento de un perfil para diversos ngulos de ataque a una determinada velocidad del viento.Equipo y material:+Generador de viento+Tubo Pitot+Nivel de burbuja

+Tnel de viento+Medidor de levantamiento+Carro soporte

+Manmetro Diferencial +Perfil leybold de 225 mm de cuerda por 145 mm de envergadura +Medidor de resistencia al avance

1.- Determinacin de las condiciones ambientalesa) Se deben tomar las lecturas de los aparatos en el laboratorio al iniciar y finalizar los experimentos.InicialesFinalesPromedio

Temperatura ambiente22C2222

Presin baromtrica575 mmHg575 mmHg575 mmHg

Humedad relativa70%70%70%

b) Con los valores promedio se calcula la densidad del aire en el laboratorio.

2.- Determinacin de coeficientes aerodinmicos para velocidad alta.A) Utilizando el tubo Pitot y el manmetro diferencial, y con la perilla de control de revoluciones del generador de viento situada al mximo medir la presin dinmica del viento en la seccin de prueba, utilizando el factor de correccin correspondiente al tubo Pitot Presin dinmica leda qLeida=58Pa=5.91kg/m2 Factor de correccin=0.9Presin dinmica corregida qcorr=5.32kg/m2B) Apagar el generador sin mover la perilla de control de revoluciones del generador de viento, colocar el perfil y el medidor de levantamiento en la seccin de prueba de tnel de viento. Teniendo extremo cuidado al manipular las varillas de soporte del perfil. A continuacin accionar el generador de viento y proceder a medir el levantamiento y resistencia al avance para los ngulos de ataque de -4 a 14, y registrando los datos en la tabla siguiente:

L (N)L (kg)CLD(N)D (kg)CD

-40000.00610.000621816.45E-03

-20.02570.002619780.027163430.0040.000407754.23E-03

00.06110.006228340.06457920.0030.000305813.17E-03

20.08660.008827730.091531250.0050.000509685.28E-03

40.15290.015586140.161606550.01120.001141691.18E-02

60.17330.017665650.183168190.01630.001661571.72E-02

80.20390.020784910.215510640.02440.002487262.58E-02

100.23450.023904180.247853080.03770.003843023.98E-02

120.25490.025983690.269414720.03970.004046894.20E-02

140.28550.029102960.301757170.05090.005188585.38E-02

C) realizar las graficas CLvs, CDvs y CLvsCD. Indicando el nmero de Reynolds para el cual son vlidas

Por lo que el Reynolds al que son aplicables las graficas es:

Grafica CLvs.

Grafica CDvs.

Grafica CLvsCD

3.- Cuestionario.1.- Explique los fenmenos fsicos que hacen posible el esqu acutico y el vuelo del papalote.Para hacer posible el esqu acutico, son varias las fuerzas que entran en juego, la lancha tira hacia adelante, la resistencia de los pies o los esques empujan hacia atrs, el ngulo de los pies genera una resultante que empuja hacia arriba mientras que el peso de la persona (aplicado en su centro de presin) lo hace hacia abajo, el secreto est en equilibrar estas fuerzas para mantenerse de pie. Sin la adecuada angulacin de los pies se crea demasiada o muy poca resistencia al avance y la persona terminara rotando e impactndose contra el agua.

En un papalote los fenmenos fsicos que hacen posible el vuelo son los mismos que se presentan en un avin (levantamiento, peso y resistencia al avance, exceptuando la propulsin. Las tres fuerzas principales que actan en el papalote son: 1. El peso, que siempre acta en el centro de gravedad del objeto con direccin hacia abajo; 2. La resultante aerodinmica que acta en el centro de presin y la cual se descompone en resistencia al avance (fuerza paralela al viento incidente) y levantamiento (fuerza perpendicular al viento incidente); 3. La tensin del cable, la cual acta en el punto de unin entre el hilo con el cual una persona mantiene en equilibrio al papalote y los hilos que unen al papalote con este primer hilo, esta tensin se descompone en tensin horizontal y tensin vertical.En pocas palabras, el equilibro entre las fuerzas presentes es lo que permite el vuelo del papalote.2.- Es posible que dos cuerpos como los de la figura tengan la misma resistencia al avance? Escriba un ejemplo.Si es posible; en este caso un cilindro y un perfil el ancho de la estela del perfil debe de ser muy delgada y del orden de anchura de la estela generada por el cilindro que es de un dimetro mucho menor. Esto se explica ya que un cuerpo en el seno de un flujo con velocidad V, puede comportarse como un cuerpo aerodinmico, dependiendo de su orientacin y tamao; el cilindro genera la misma resistencia al avance en cualquier ngulo y a pesar de ser pequeo genera una alta resistencia al avance, pero el perfil vara su resistencia al avance segn cambie su ngulo de ataque y a pesar de ser mucho ms grande que el cilindro, por su geometra genera poca resistencia al avance, esto se puede comprobar de la siguiente manera:Consideremos el coeficiente de resistencia al avance generada por el perfil utilizado en esta prctica cuando se posiciono a cero grados con respecto al viento incidente:

Ahora consideremos el coeficiente de resistencia al avance generada por un cilindro de dimetro pequeo: (dato obtenido del libro: Fluid Mechanics. Ed. Dover. Pgina 781)

Ahora bien, para nuestro cometido se iguala la resistencia al avance del perfil con la resistencia al avance del cilindro:

Con esta igualdad la presin dinmica se hace unidad y nos queda:

Nuestra condicin para que se d, entonces: De este modo tenemos:

As comprobamos que un cuerpo romo con una pequea seccin transversal genera una alta resistencia al avance y un cuerpo aerodinmico con una gran rea genera poca resistencia al avance.3.- Demuestre que el punto de tangencia que pasa por el origen, indica la relacin (CL/CD)MAXLa relacin (CL/CD) mx. es el igual a la fineza mxima, lo cual significa que es el valor mximo para el este cociente; esto no condiciona a usar el CL mximo y el CD mnimo de un perfil dado, ya que estamos hablando de una pendiente, o sea de una pareja de coordenadas que describen un punto en la grfica CL vs CD. Al saber eso, se procede a comprobar que la tangente a esta curva pasa en el punto de fineza mxima.Al saber que una gran parte de la curva que se dibuja al graficar los datos de CL vs CD se puede ajustar a una parbola conocida utilizaremos la ecuacin general de una parbola con centro fuera del origen y la de la recta que pasa por el origen, dado que as lo pide la comprobacin:

Se tiene que:

Entonces:

Desarrollando:

Sustituimos a CL en la ecuacin parablica para obtener al CD:

Ahora bien:

mx es el ngulo que tendr la lnea recta que pasa por el origen y que es tangente a la curva de CL vs CD; de este modo se comprueba que el punto de tangencia de una recta que pasa por el origen, indica la fineza mxima.

4.- Para el perfil NACA 4418 con un Re=8.8x106 determine:(Datos obtenidos del NACA-report-824, pg.404)a) El valor del ngulo de cero levantamiento. b) El valor del coeficiente de levantamiento mximo.

c) El valor del ngulo de ataque de desplome. 18d) El valor de la pendiente de levantamiento.

5.- Un perfil naca 4418 tiene una cuerda igual a 50 cm. Se coloca al perfil en una corriente de viento cuya velocidad es igual a 65.5 m/s y se registra un levantamiento por unidad de envergadura igual a 1240 N/m. Determinar el valor del ngulo de ataque y la resistencia al avance por unidad de envergadura. (el experimento se realiza en condiciones estndar a nivel del mar).DATOS:C=0.5 m V=65.5 m/s L=1240 N/m

ECUACIONES Y OPERACINES:

De la tabla de CL vs obtenemos a :

De la tabla CD vs CL obtenemos Cd:

D=11.873 N/m